Heutzutage ist der Operationsverstärker (OPV) in der analogen Elektronik der Universalbaustein der Signalverarbeitung, da sich durch geeignete äußere Beschaltung zahlreiche Funktionen unkompliziert realisieren lassen. Bekannte Anwendungen umfassen z.B. den Spannungsfolger bzw. Impedanzwandler, den nichtinvertierenden und den invertierenden Verstärker. Aufgrund seiner sehr hohen Leerlaufverstärkung, der hochohmigen Eingänge, des niederohmigen Ausgangs sowie der exzellenten Linearität und Gleichtaktunterdrückung entspricht der OPV häufig der Vorstellung eines idealen elektrischen Bauteils.
In der Praxis stößt man jedoch zwangsläufig an die Grenzen dieser Idealvorstellungen, denn eine bzw. ist die zentrale Kenngröße – die Leerlaufverstärkung – in Realität nicht unendlich und nimmt zudem mit steigender Frequenz ab. Diese Einschränkungen haben unmittelbare Auswirkungen auf die Stabilität von Verstärkerschaltungen, weshalb fundierte Kenntnisse in der Stabilitätsanalyse für leistungsfähige Schaltungen unerlässlich sind.
Im Rahmen des Studienseminars soll daher zunächst die Modellierung der offenen Schleife einer Verstärkerschaltung als Grundlage für Stabilitätsbetrachtungen erfolgen. Es wird erörtert, welche Ursachen Instabilitäten hervorrufen und welche Möglichkeiten es gibt, den OPV-Verstärker zu stabilisieren. Zugleich werden die aus der Modellierung resultierenden Bode-Plots herangezogen, um das theoretische Fundament zu veranschaulichen, während abschließend Simulationen an einem Beispiel die praktische Umsetzung bestätigen.
Florian Wolgast, M.Sc.
